双CPM并联机器人系统设计及运动控制研究

摘要

在工业生产中，存在一些相对复杂的工作任务，比如大体积、大质量物体的搬运，单机器人较难完成这样的任务，但是在现场可能会存在多个小负重的机器人系统，在不新增投入的前提下，可以通过将多个机器人组成一个系统来进行协同作业，将有效地完成大体积、大物体的这类搬运任务。并联机器人相比串联机器人有刚度大、结构稳定、承载能力更好等优点，在工业上得到了广泛的应用。本文针对大体积、大重量物体的搬运，设计了一个双CPM并联机器人协调系统，该系统能更好地发挥并联机器人的承载能力强的优点，并一定程度上弥补单机器人能力有限的问题。论文的主要的工作如下：
　　对现有的CPM并联机构的运动学特性和力学特性进行了分析，针对现有的CPM并联机构本身的不足提出了一个改进型的CPM并联机构，推导了改进型CPM并联机构的运动学。针对协调搬运的任务，对改进型CPM并联机构进行了轻量化设计。
　　针对任务，设计了一个双CPM并联机器人系统，完成了双CPM并联机器人系统运动控制理论的整体框架。根据选择的主\从协调控制策略，对双CPM并联机器人系统的运动学约束进行了推导；其次，综合考虑多种控制方法，最终在关节空间的控制上采用迭代学习算法进行控制。
　　对双CPM并联机器人系统进行了运动控制仿真实验。使用SolidWorks对双CPM并联机器人系统进行了三维建模，将三维模型导入MATLAB中，采用了Simulink进行了运动控制仿真，以验证双CPM并联机器人系统的运动控制理论的有效性。
　　对双CPM并联机器人系统进行了运动控制实验。研制了双CPM并联机器人系统，搭建了系统的硬件系统和软件系统。硬件系统的搭建包括控制系统的结构，硬件的选型以及电气部分的设计等。软件系统的搭建，包括软件的层次以及软件的核心功能等。进行了双机器人系统的迭代学习控制实验。先进行了单关节的实验，验证了迭代学习控制对单关节的有效性，之后进行了双机器人的运动控制实验。实验结果表明在双机器人系统协调搬运物体的任务上，迭代学习控制相比PID控制有较大的优势。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的主要内容

第二章 CPM并联机器人的运动学和力学分析及优化

2.1引言

2.2 CPM并联机器人的运动学分析

2.3改进型CPM并联机器人的提出

2.4改进型CPM与CPM的力学特性对比

2.5改进型CPM的轻量化设计

2.6本章小结

第三章 双CPM并联机器人系统的运动控制研究

3.1引言

3.2双CPM并联机器人系统的设计

3.3双CPM并联机器人运动控制整体构架

3.4双CPM并联机器人系统的运动规划

3.5基于迭代学习策略的关节空间控制

3.6双CPM并联机器人运动控制原理

3.7本章小结

第四章 双CPM并联机器人系统运动控制仿真实验

4.1引言

4.2仿真平台的选择

4.3双CPM并联机器人系统搬运仿真实验

4.4本章小结

第五章 双CPM并联机器人系统运动控制实验

5.1引言

5.2双机器人系统的硬件系统搭建

5.3双机器人系统的软件系统搭建

5.4双CPM并联机器人系统运动控制实验

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文